扬帆沧海迎激浪,勇立潮头启新航--记首都师范大学副教授冉仕举

随着集成电路逐渐达到经典物理定律的应用极限,量子技术被公认有希望引领下一代科技革命。数以百亿计的资源正朝着这一方向聚集,属于量子技术的黄金时代即将来临。科技引领未来,新时代的浪潮来临之际,科技工作者无疑是众多优秀“弄潮儿”中较为引人注目的那一类,从他们的行动中,众人得以窥见量子技术背后的决心和力量。首都师范大学副教授冉仕举正是诸多“弄潮儿”中的一位。十多年来,围绕量子多体物理、张量网络理论与方法、量子信息与量子计算、经典及量子机器学习等方向,解决行业中的痛点、难点,以基础研究促进实践发展,推动时代的进步,是他始终不变的信念。     

量子控制的基本概念及其哲学意义

基于量子力学和量子信息的量子控制论正在形成。量子控制显著不同于经典控制。量子控制揭示了新的哲学意义:波函数是量子实在与量子信息的统一,量子状态是可测量性与可控性的统一,量子态是一种重要的资源。     

利用囚禁离子实现量子随机行走

量子随机行走具有不同于经典随机行走的性质,并且可以用来作为量子计算的算法工具。本文提出一个在离子阱中实现量子随机行走的方案,在方案中,每一步行走的操作时间都非常短,因此在消相干情况下,能增加随机行走的步数,此外,本文只采用驻波激光和脉冲激光,方案相对简单,并且在实验上是可行的。     

2012年诺贝尔物理学奖:操纵微观世界的单个粒子

与人们熟知的世界截然不同,自然界还存在着另类世界,被称为量子世界。一个世纪前,物理学研究进入了微观的粒子世界,这些粒子,包括原子、离子和光子。物理学家将物质分割成一个一个的微小单位(能量包),并称为量子。在量子世界中,粒子行为不遵从经典物理学规律,人类对量子的观测更是难上加     

曙光在前的量子计算机

量子计算和量子计算机的概念起源于著名物理学家R·费曼理论。１９８２年，费曼在研究物理系统的计算机模拟时，论证了用经典计算机模拟量子力学系统，当输入（粒子数、自由度）增大时，计算资源（时间和空间）的消耗将成指数增大。由此启发到，如用量子力学性质工作的计算机（量子计算机）来计算有可能避免这一困难。１９８５年，Dentsch提出了第一个量子计算机的设计蓝图和网络模型，并定义了量子Turing（图灵）机，对量子计算机的潜在能力作了预言。上世纪９０年代初，Dentsch和伯莎姆等人开始寻找量子计算机可以比经典计算机更有效求…     

未来的量子计算机

<正> 量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。传统计算机遵循着众所周知的经典物理规律,而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律(特别是量子干涉)来实现一种信息处理的新模式。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。     

量子计算的语形表征及其意义

量子计算研究是近年来量子力学最具潜力的发展方向之一。文章从探讨量子计算概念的提出入手,讨论了经典可逆计算的量子表征模式,接着分析了量子计算语形结构的特点,对比了量子计算与经典计算并行性的异同,考虑了测量中的塌缩对量子算法设计的影响,最后以前述的研究为基础讨论了量子计算的哲学意义。     

量子理论的桥梁作用——在经典科学与系统科学之间

近代西方科学产生以来,最大的一次科学革命,也是最深刻的一次范式转换,就是系统科学的诞生。系统科学与经典科学向来被认为是两种不同范式形态下的科学,但是从经典科学到系统科学,科学的进程与范式的转换并不是绝然断裂、没有任何联系的,而是在科学理论内部产生了一个承接与继起。笔者认为,量子理论就是这个承接与继起点,从方法论角度讲,量子理论体系内部孕育了二者沟通与衔接的信息,或者说,量子理论提供了经典科学与系统科学沟通的可能性。从三个方面论述了这种可能性。     

量子计算机有多神奇?

<正>20世纪80年代初,美国物理学家费曼提出量子计算机的概念,但30多年来,量子计算这一革命性技术,似乎总是遥不可及。而如今,事情有了转机。2017年5月3日,中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟在上海宣布,由该校主导研制的世界首台超越早期经典     

量子信息处理及其核磁共振实现（英文）

量子特性在信息领域中有着独特的功能，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有经典信息系统的极限。我们以液态NMR技术实现量子信息处理中的应用主题开展研究，所取得的成果包括：1）利用NMR实验实现了两个无直接耦合自旋之间的量子密集编码和三个量子位之间的量子密集编码过程。实验结果表明：量子密集编码只需传送N-1个量子位便可以传递N个经典位的信息。2）利用NMR实验实现了三种多量子算法；提出了一种实现n阶耦合变换的理论方法，根据这种方法可实现任意量子位的Deutsch-Jozsa算法。3）提出了一种基于量子克隆的量子编码和纠错方案。该方案一方面说明了量子克隆与量子纠错存在一定程度上的联系，另一方面也反映出一些量子克隆过程本身具有一定的抗消相干的能力。4）提出用二维NMR中的多量子相干实现无消相干子空间（DFS），并在实验上验证了该DFS的避错能力。本方法有效地利用了甲基中三个磁等价的氢核，把原本需要四个化学位移各不相同的核自旋构造的二逻辑位的DFS变成了只需两个化学位移各不相同的核自旋体系构造的二逻辑位的DFS，虽然用的核自旋数“更少”，却能避免更多的错误算符。用多量子相干作为量子计算中的量子位，是一种全新的概念，可以充分利用磁等价的原子核自旋来构造多个量子位，从而扩展了可利用的量子位的数目。     

量子引力中时间存在吗？

在标准的量子理论中,时间是绝对的;而在广义相对论中,时间是动力学的。因此,作为量子力学与广义相对论之结合的量子引力理论自然会导致＂时间问题＂。本文中,我将抛开量子引力的具体细节,来看看量子引力会给时间概念带来哪些后果。文中仅有的假设就是得到实验支持的量子理论线性结构的普适性,以及广义相对论在经典极限下的正确性。所得出的结论包括：量子引力中根本没有时间概念;时间概念是准经典的和近似的;熵与宇宙尺度相关。     

实现最大的超纠缠光子薛定谔猫态

量子纠缠是量子信息处理中的核心“资源”,多粒子纠缠态的研究是国际上竞争非常激烈的领域。中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部通过实验成功制备出超纠缠光子薛定谔猫态,纠缠量子比特数目最高达到10个。再次刷新了纠缠态制备的世界记录。此前的最大光子薛定谔猫态是6个光量子比特的纠缠态,     

遗传量子算法在欠约束和过约束的几何约束求解问题中的应用

几何约束求解技术是基于约束满足的参数化设计方法中最核心的技术。几何约束求解技术的好坏、性能的优劣直接关系到一个基于约束的参数化设计系统是否优良。遗传量子算法是将量子计算和遗传算法相结合的算法,采用量子位染色体的表示形式。该算法具有量子计算的量子位和量子位的迭加特性,同时加入了量子交换算法,使得进化染色体更好的呈现多样特性。实验表明,将该算法应用于几何约束求解方程中,可以解决欠约束和过约束一致的问题。     

可积与不可积系统的量子对称性方法

可积系统是理论物理学最活跃的研究领域之一,在几十年的过程中发展了一系列成熟的理论方法,极大地推动了物理学的发展。量子群与量子对称性是可积系统研究的最新发展,在广泛的物理问题中有重要的应用。实际上,量子对称性已经超越可积系统的原来框架,也已成为解决不可积问题的重要手段。我们试图评述量子群的引入背景、量子群理论,特别是量子对称性研究的最新结果。     

近代物理学中的对应原理专题教学

通过举证狭义相对论、量子物理中有关规律与对应经典物理规律的区别,归纳被举证规律的极限退回情况,将涉及到的对应原理总结归纳成为专题。在教学中,将其讲授给学生,利于培养学生的科学美感。     

量子保密通信

如果保密通信仍按经典方式进行,将无法阻挡量子计算机的破译.在这种情况下,量子保密通信应运而生.量子通信技术是目前唯一被公认为不可破译的通信方式,一旦研究成功并投入市场,其前景相当可观.     

国内首台纳米光催化空气净化器问世

欧洲研究人员经共同协作联合建造了世界最大的量子密钥分布网络,在41个研究所和业界机构的努力下,他们成功地实现了将安全量子加密信息在一个8节点Mesh网络上传送。 实验的平均链路长度为20公里到30公里,最长链路长达83公里,这一结果已完全打破了以往的所有纪录,从而使安全量子加密通信系统的实用化又迈出了巨大的一步。     

一种模拟器训练数据管理系统

<正>需求分析模拟器半实物仿真平台能够复现逼真的飞行环境、空间限至小,且不受天气/场地影响,是多学科综合性研究（如飞行员生理心理研究、智能语音技术研究、AR增强技术研究等）平台的首选,并且在多机协同训练、战术训练方面成本低、效率高。基于模拟器的学科综合性研究需求的增长,使得模拟器训练产生的数据种类越来越多,这就要求模拟器训练数据管理系统能够实现对数据的分类管理,并且能够实现数据种类的扩展。随着模拟器在多机协同训练、战术训练方面的广泛应用,模拟器训练数据随着飞行架次的增加实现海量增长,这就要求模拟器训练数据管理系统能够实现对海量数据的管理。     

近代物理学中的对应原理专题教学

通过举证狭义相对论、量子物理中有关规律与对应经典物理规律的区别,归纳被举证规律的极限退回情况,将涉及到的对应原理总结归纳成为专题。在教学中,将其讲授给学生,利于培养学生的科学美感。     

美国量子人才战略举措、特征与挑战

美国政府高度重视量子科学技术人才的培养,在2018年实施《国家量子计划法案》后发布了一系列战略报告和技术报告推动该法案的落实。通过对美国相关报告深度解析,介绍《国家量子计划法案》启动背景和基本内容,呈现美国为发展量子信息科学技术所采取的有关人才方面的举措,分析相关举措的特征及其面临的可能挑战。《国家量子计划法案》主要包括四方面内容,量子人才战略包括5个子目标,目的是确保美国在量子信息科学及其运用中的领导力,为所有美国人创造新机会,其中教育系统所承担的使命是促进量子信息科学技术的发展和培养量子智能劳动力。系列报告显示,美国量子人才战略中的教育举措主要包括：通过招揽国际量子科技人才,提高相关研究领域的竞争力;在早期教育阶段提升学习者量子信息科学技术的教育意识,在高等教育阶段提供与量子信息科学技术相关的课程、学科和学位,培养掌握量子信息科学技术的研究者和量子智能劳动力。其特征为教育系统与政府、企业形成紧密的创新生态系统,坚持“科学优先”原则,注重推动量子工程学、量子机械学及材料学等多学科交叉融合,发挥科学、技术、工程和数学（STEM）等基础传统学科在量子工程中的基石作用。其挑战主要为相关人才...